[发明专利]一种钻井用强化脉冲聚晶金刚石复合片钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井用钻头，特别涉及一种钻井用强化脉冲聚晶金刚石复合片钻头，属于石油钻井设备技术领域。

背景技术

钻头是钻井破碎岩石的主要工具，从出现至今，针对不同的地层及岩性，已发展成不同的类型和系列。通常在选择钻头的时候，在考虑工程、地质条件的同时，兼顾经济效益方面因素，主要从以下两个方面：(1)同一只钻头，取得更多的进尺；(2)同样的时间，获得更快的机械钻速。对于同一只钻头取得进尺的多少，主要与地质条件、钻头制作材料及工程技术参数有关；在地质条件、钻头制作材料及工程参数一定的条件下，同样时间取得更高的机械钻速，与钻头的结构布局有很大关系。

聚晶金刚石复合片钻头即Polycrystalline Diamond Compact bit钻头，简称PDC钻头，针对相应的岩性特点，主要是在刀翼数量与布局、复合片强度与布齿、倾角大小、剖面布局、冠面类型及喷嘴流道设计等方面进一步优化。近年来，随着材料的改良和设计软件的进步，各厂家在取得进尺更多、机械钻速更快或两者兼顾的目标下，钻头结构设计基本达到最优化。但从钻头腔体内部进一步优化和改进，却很少涉及。

目前几乎所有常见的聚晶金刚石复合片钻头内腔仅仅是用作流体的通道，其它功能没有得到充分开发和拓展。由于常规内腔的聚晶金刚石复合片钻头，在水力学方面，绝大多数都是在井底产生正压力场，限制了机械钻速的进一步提高。虽然近年来水力脉冲空化射流接头、风琴管式自振空化喷嘴或两者耦合作用的方式开始应用，但脉冲效果没有达到最大化，一方面限制了机械钻速的进一步提高，另一方面也易受到安全和工程条件的制约。

常规聚晶金刚石复合片钻头的不足之处分析如下：

1、常规聚晶金刚石复合片钻头与普通喷嘴组合，钻井液通过钻具内水眼、钻头内腔后，从喷嘴流出时，由于流体没有经过扰动，在井底产连续射流，这种连续射流虽然在一定程度上有助于水力破岩和清洗井底，但使岩屑翻滚和运移的程度有限，易造成重复切削；连续射流，还在井底产生相对的正压力场，对井底岩石有一定的压制作用，这都限制了机械钻速的提高。

2、采用脉冲空化射流工具与钻头配合时，工具自身的长度加上钻头的高度，往往空化发生位置离喷嘴0.5m左右，任何空化射流的有效喷距是一定的，如果有效喷距小于空化发生位置与钻头水眼之间的距离，则喷嘴处产生的脉冲射流被削弱，产生水力破岩和清洁井底的效果也被削弱，提高机械钻速的程度就受到限制。

3、由于风琴管式自振空化喷嘴的设计受到钻头水眼大小及自身强度要求的限制，产生的脉冲效果达不到最大化，另外，在井深以后，随着井底围压的增加，也会削弱风琴管式自振空化喷嘴的实际效果，这都使得产生水力破岩和清洁井底的效果被削弱，提高机械钻速的程度也受到限制。

4、钻井安全的原则之一是尽量简化钻具，即钻具组合中的接头等应尽可能少，使用脉冲空化射流接头时，就增加了井下安全隐患；另外，现在大力推广单弯螺杆连续导向钻进技术，在需要控制及调整井身轨迹时，由于脉冲空化射流接头的接入，加大了工程控制及调整井身轨迹的难度。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井用强化脉冲聚晶金刚石复合片钻头，可以提高清洗井底的效果和水力破岩的能力。

为解决以上技术问题，本发明的一种钻井用强化脉冲聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的上端外周设有钻头公扣，所述钻头本体的下端安装有刀翼，所述钻头本体的内腔沿轴线设有水流通道，所述水流通道的下部设有与水流通道共轴线的分流区，所述分流区的下部圆周上均匀分布有喷孔，各所述喷孔中分别安装有喷嘴，所述喷嘴均为风琴管式自振空化喷嘴，所述风琴管式自振空化喷嘴沿自身轴线自上而下依次设有喷嘴进水腔、喷嘴谐振腔和喷嘴出水口，所述喷嘴进水腔、喷嘴谐振腔和喷嘴出水口呈阶梯圆柱孔状，所述喷嘴进水腔的孔径大于所述喷嘴谐振腔的孔径，所述喷嘴谐振腔的孔径大于所述喷嘴出水口的孔径，所述喷嘴进水腔的上端进水口与所述喷孔相通。